提高矿山企业电力系统功率因数的方法

李艳芸

（冀中能源集团股份有限公司邢东矿，河北 邢台 054001）

无功功率增加，这就导致供电系统的功率因数变小，对电源的要求也会增强，只有电源容量大的供电系统才能正常维持电力设备运行，但会导致发电机的输出功率减少，减低发电机的有功输出，提高功率因数对企业发展和电力系统是有重要意义的。

1 高功率因数矩阵电力变换器在矿企电力系统中的控制研究

1.1 高功率因数矩阵电力变换器的电流跟踪控制法

高功率因数矩阵电力变换器的电流跟踪控制法指的就是：将其所实际测量出来的电流信号数据与三相输出的电流信号数据进行充分的比较之后，并进一步根据现阶段变换器电源开关的实际状态，来对比较之后所形成的结果进行科学的分析，进而确定变换器的开关动作。运用电流跟踪控制法来对矿企中的高功率因数矩阵电力变换器进行全面控制，不仅操作简单且其主要的工作原理也通常比较容易被理解与接受，且其自身的响应速度一般也较为迅速，这是该控制法的优势特征。

1.2 高功率因数矩阵电力变换器直接变换控制法

在高功率因数矩阵电力变换器的控制方法中，直接变换控制法又可以被划分为电流谐波注入法和坐标变换法以及等效电导法及标量法等重要的部分。一般，高功率因数矩阵电力变换器直接变换控制法通常是直接对输入的电压进行连续的斩波，并进一步将其合成有效的输出电压，来对高功率因数矩阵电力变换器的电流电压进行全面控制的。虽然说高功率因数矩阵电力变换器直接变换控制法中的方法组成分类很多，且每一个方法自身都具有相应的优势特征，不过和高功率因数矩阵电力变换器的电流跟踪控制法相同，其自身也存在明显的漏洞与缺陷，比如说标量法在对高功率因数矩阵电力变换器进行控制时，虽然能够输入较好的电流波形，但是其所输出的电流波形就往往会存在严重的谐波问题。这就导致直接变换控制法在高功率因数矩阵电力变换器中的应用受到了较大的影响与限制。

2 高功率因数矩阵电力变换器空间矢量调制

2.1 空间矢量调制的应用研究

在高功率因数矩阵电力变换器的各种控制法中，空间矢量调制技术是其中一项应用最为广泛，且功能价值较高的控制技术。一般，又把空间矢量调制称为间接变换法，是通过全面运用空间矢量变换来达到电流控制目的的高功率因数矩阵电力变换器控制方法。运用空间矢量调制控制，往往能够直接将变换器中的交流-交流模式转变成直交与交直变换的模式，这就使得变换器能够更加有效的对高频整流技术进行全面的应用，从而进一步改善变换器的实际性能水平。虽然说该控制方案具有明显的复杂性特征，且其往往会缺乏相应的动态理论来为其提供有力的支撑与保障，但是，空间矢量调制控制在高功率因数矩阵电力变换器中的应用范围比较广泛，且其不仅能够全面的对输入波形进行合理控制，同时也能在一定程度上对输出波形进行有效控制，还能进一步完善输入的功率因数。在现阶段的高功率因数矩阵电力变换器中，空间矢量调制控制具有广阔的发展空间和光明的发展前景。

2.3 空间矢量调制方案的仿真分析

为了能够进一步对高功率因数矩阵电力变换器中的空间矢量调制方案进行有效的验证，本文中就通过运用MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真软件，来对高功率因数矩阵电力变换器进行全面的仿真分析。在进行实际的仿真分析之前，我们首先要对仿真参数进行合理的设置，一般情况下，我们会将输入电压设置为220V/60Hz，且将输出频率设置成40Hz，将电感设置为50mH，将电阻设置成30Ω，并进一步将负载设置为阻感负载，然后运用MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真软件，来为其建立起一个模块化子系统，并对该系统进行全面的分析与研究。其中，我们将主电路仿真模型中的开关设置成双向开关的形式，则高功率因数矩阵电力变换器中的输入相电流与其实际的输入相电压相位的对比情况如图1所示。

图1 输入相电流与其实际的输入相电压相位的对比

通过仿真模型中所形成的波形情况我们可以看出，运用空间矢量调制的方法，不仅能够实现高功率因数矩阵电力变换器中变压与变频功能，同时也能进一步对MC输入的功率因素进行科学合理的控制。所以说，随着我国科学技术的不断创新与发展，高功率因数矩阵电力变换器在矿山变频驱动设备中的应用也必将更加广泛。

3 提高功率因数的方法

3.1 提高自然功率因数

能源开采企业所使用的用电设备，其运行系统功率因数提高方法需要将自然功率因数提高上来，才能达到预期效果，由于提高用电设备自然功率因数不需要额外设备，主要是依靠降低矿山用电设备无功功率，而功率因数的大小、电动机容量及电动机的型号都是都是对电动机的选择有一定限制，使用异步电动机与同步电动机可以将矿用电器设备的功率因数提升上来，经研究发现电器设备的运行方式及变压器的容量会对功率因数产生影响，因此要将变压器负载率低的电机更换掉，使用负载率高的电机提高系统的自然功率，将小容量的电动机进行淘汰，取而代之是大容量电动机，这样做可以将矿企电气设备功率因数大幅度提升，对于带故障运行的电机设备要及时进行更新，鼓励专业技术人员进行技术革新，同时矿企也要制定合理的工艺流程，提高电动机的功率因数。

3.2 人工补偿功率因数

静止补偿器与同步补偿器是人工补偿装置的重要组成部分，同步补偿器属于电气设备的无功功率发电机，它对电网的功率因数提升起到一定作用，同时也对矿企电气设备电路电压起到了调节功能。同步补偿器具若超负荷工作，其能量损耗也会随之增加；相比较而言静止补偿器实际应用成本过高，一旦出现故障后期维修较复杂。使用静止补偿器时我们可以对电力设备进行无功补偿。在低压状态下运行其运行时间较长的用电设备可以使用就地补偿器，它可以将电压稳定在一定范围内，将无功损耗降到最低。分散补偿能够将电容器分组分配在变电所、配电室的分路线上，它的利用率与其它补偿方法相比利用率较高；集中补偿可以将总降压变电所安装电容器组集，这种方法较安全且利用率高。

高压或低压补偿方式按下式选择：

若补偿量大于低压电容器经济容量宜选用低压补偿方式。

式中Qjs为低压计算负荷无功功率；Qcd为低压电容器组容量；Ud为低压线路的线电压；R为包括变压器和至低压电容器线路的每相电阻；Ad为低压电力电容器每千乏的初投资；nb为附加一次投资的还本年限数；F为电价；T为电容器组年利用小时数。随机补充是低压电容器组合电机并联，可以控制保护装置，不需要经常调整补偿容量、占地小，且安装简单、安全、维修方便。随器补偿是补偿变压器空载无功的方法，接线简易、维修方便、降低无功损耗、经济性能好。跟踪补偿可以替代随机、随器补偿方式，效果也比较好，使用时间长，应用灵活，但前期投入资金较多。

4 结语

基于有功功率矿山用电设备的功率因数小是由于有功功率变大，而用电设备电压出现一定波动的原因是由无功功率变大而引起的，导致耗电量变大，我国大多数能源开采企业的用电设备耗电量较大，而在国家在大力倡导节能减排这一大环境下，想要节省电能消耗，就需要提高用电设备的功率因数，为此研究了提高矿企用电设备的功率因数具体方法，例如实行人工补偿方法或提高用电设备的自然功率因数，力求为企业带来经济效益。